被动平衡和主动平衡都是如何实现的,有人能介绍一下吗?现在的主流方案有哪些?
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被动平衡: 被动平衡技术通过在电池组中电压较高的电芯上连接一个电阻,以耗散能量并降低电芯的SOC,从而实现电芯间的电压平衡。这种方法的优点是电路结构简单,成本较低,但缺点是能量利用率低,会增加模组的散热,并且只能在充电周期内进行。被动平衡的电流通常限制为0.25A,主要适用于容量较低的电池组。
主动平衡: 主动平衡技术则是通过电力电子器件将电能从电压高的电芯转移到电压低的电芯,实现能量的重新分配。主动平衡的优点包括均衡速度快、能量利用率高,且可以在充电或放电期间进行,有助于延长电池组的运行时间。主动平衡的电流可高达6A,支持更大容量的电池单元。主动平衡的拓扑结构主要包括基于电容、电感和变压器的方法。
目前,主动平衡技术因其高电流、快速平衡等优势而越来越多地被采用。例如,MP264x系列器件是高度集成的双向升降压主动平衡器,可以在两个串联的锂离子电芯之间提供高达3A的电荷重分配。此外,双向升降压主动平衡器因其简单、可靠而被认为在三种类型的主动平衡器中最为有效。
在实际应用中,电池管理系统(BMS)会根据电池的特性和均衡算法的原理,建立电池模型和均衡算法模型,通过仿真来评估均衡效果和性能。例如,基于buck boost拓扑的主动均衡方法可以在Simulink中进行仿真验证。
几种常见的主动平衡方案:
基于变压器的主动平衡器:这种方案使用双向反激式变换器允许电荷双向传输。每个电池单元都需要一个变换器和变压器,但这种方法可能需要多个变压器,导致解决方案体积大且成本高。
开关矩阵+变压器主动平衡器:这种方法通过开关阵列将一个变压器连接到每个电芯,从而减少变压器的数量。它允许在充电或放电期间每个电芯与电池组或辅助电源轨交换能量,具有只需要一个变压器的优点。
双向升降压主动平衡器:这种方案利用升降压电池充电器技术,将电荷移动到直接相邻的电芯。这种方案简单且可靠,可以在整个电池组中移动电荷,是目前主流的主动平衡技术之一。
并联均衡电路法:在每个单体蓄电池上增设一个并联电路,用于分流。当某个蓄电池充满时,均衡装置会防止其过度充电,并将多余电能转换为热能,同时继续为其他未充满的蓄电池供电。这种方法简单易行,但能量损失较大。
电压参数均衡法:以各蓄电池的电压为均衡目标,通过控制开关使电容交替与相邻的两个蓄电池连接。电容从高电压蓄电池接收电能后,再向低电压蓄电池放电,直至两者电压趋于一致。这种方法有效解决了蓄电池包电压不均衡的问题,但主要适用于蓄电池数量较少的场景。
单片机控制模块法:整个系统由单片机控制,每个单体蓄电池都配备有独立的模块。这些模块根据预设程序对各单体蓄电池进行充电管理,并在充电完成后自动断开连接。这种方法能够实现对单体电池的精确控制,但成本较高。